果胶提取与果冻制备实验应用于中职化学教学的探讨*

万钰茜，蒋春玲，刘静洁，王一峰

(西北师范大学生命科学学院，甘肃 兰州 730070)

1 实验教学分析

在对中职学生进行学情分析时，笔者发现中职学生在高中生物和化学方面的基础知识有所欠缺，理论知识较于薄弱，如果进行过于复杂的实验，学生会难以理解教学内容和实验的基本原理，容易造成学生的心理负担。所以在进行实验设计时，实验难度应该适合中职学生所能接受的水平，实验内容应贴近生活实际，并能引起学生共鸣，学生能在实践中深入理解理论知识并提高实践能力。同时，可根据实验内容适当给学生设置创新型实验，学生在创新型实验过程中不仅巩固了理论知识，也提高了创新精神和探究意识[1-3]。

果冻口感软滑，老少皆宜，是人们喜爱的食品之一。而果胶作为胶凝剂可用于果冻的制备。果胶拥有极大的经济价值，因其具有乳化、增稠、稳定和胶凝等作用，通常广泛应用于食品、烟草、冶金等工业生产中，同时果胶还具有抗菌、消炎、抗辐射等特性，在医疗上的应用也十分广泛[4]。因此本文选择以果胶的提取和果冻的制备作为实验内容。整个实验分为两个部分进行：一是果胶提取；二是果冻制备。果胶制备作为基础性实验，旨在让学生掌握实验原理方法和基本实验技能等；果冻制备作为设计性实验，目的在于加强学生综合运用实验技术和分析探索的能力。整个实验过程比较简单，且贴近生活实际，容易引起学生的学习兴趣，可将其作为中职学生初入实验室的基本实验，以树立其实验意识。本次实验设计立足于促进以学生为主体、教师为主导的教学模式的形成，提高学生的参与感。在教学过程中采用启发诱导和增设设计性实验的方式鼓励学生积极探究，培养创新意识的形成。

2 果胶提取实验教学设计

整个实验采取小组合作，组长负责制。课前调研，在征询同学意见的基础上安排分组，每组约为3～4人。组长需要提前进行实验材料和试剂的准备工作，并在实验课堂上组织安排本组实验活动的进行。小组内1名同学负责称取原料，1名同学负责实验数据记录和计算，1～2名同学负责实验操作部分。学生在课前需对本次实验的实验原理和操作步骤进行预习，并思考课后习题，教师可在实验过程中进行提问引导。实验中需要进行两组平行实验，分别求出20 g新鲜柑桔皮中果胶的提取率，并算出其平均值。

2.1 实验材料与仪器准备

(1)实验材料：柑桔皮、市售果胶。

(2)实验试剂：0.1%HCl，95%乙醇、蔗糖、柠檬酸、柠檬酸钠、3%稀氨水。

(3)实验设备：天平、烘箱、抽滤机、电炉、玻璃器皿。

教师应提前准备好实验材料和仪器设备。其中，0.1% HCl，95%乙醇、3%稀氨水需要学生自行制备，各小组组长可安排时间提前对实验所要用到的试剂进行配制。

2.2 实验流程

原料预处理→酸水解萃取→脱色→沉淀→静置→成品。

2.3 实验教学组织

教师先对本次实验内容进行简单介绍，并随机抽选一名学生与教师一同进行多媒体仿真实验演示，在演示过程中向学生强调实验的注意事项、仪器的使用规范和关键步骤的操作等，并通过提问、小组讨论等方式引导学生思考实验步骤背后所蕴含的原理，后由小组长带领小组成员进行实验。

2.3.1 原料预处理

称取新鲜柑桔皮20 g用清水洗净后，放入250 mL烧杯中，加水120 mL，加热至90 ℃保持5～10 min，使果胶酶失去活力。用水冲洗后切成3～5 mm的颗粒，用50 ℃左右的热水漂洗8～10次，直至水为无色、果皮无异味为止，每次漂洗必须把果皮用尼龙布挤干，再进行下一次的漂洗。

2.3.2 酸水解萃取

将预处理过的果皮粒放入烧杯中，加入0.1%的盐酸溶液，以浸没果皮为宜，pH调节至2.0～2.5之间，加热至90 ℃煮20 min趁热用尼龙布或四层纱布过滤。

提问引导：为何要用酸处理果皮？答：在果蔬中，尤其是未成熟的水果和皮中，果胶多数以原果胶存在，原果胶不溶于水，故用酸水解生成可溶性的果胶[5]。其实从果皮中提取果胶的方法有很多，如：离子交换法、酶提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法、复合辅助提取法等[6]。但从原辅材料的取得、工艺方法的应用，提取果胶后的废料处理及回收利用方面考虑，选择用酸法作为实验室果胶提取方法[7]，引导学生树立环保意识和实验思维。

2.3.3 脱色

在滤液中加入0.5%～1%的活性炭于80 ℃加热10 min进行脱色和去除异味，趁热抽滤，如抽滤困难，可加入2～4 g 硅藻土作为助滤剂。如果柑桔皮漂洗干净萃取液为清澈透明则不用脱色。

2.3.4 沉淀

待萃取液冷却后用稀氨水调节pH 3～4。在不断搅拌下加入95%乙醇溶液，加入乙醇的量约为原体积的1.3倍，使酒精浓度达到50%～65%。

2.3.5 静置

静置15 min后，用尼龙布过滤、洗涤、60 ℃烘干、包装即为产品。滤液可用蒸馏法收回乙醇。

设计意图：传统的教师现场演示实验、学生观看的方式，适宜人数较少的班级进行，人数过多时，后排同学无法观看教师演示的全过程，不利于实验的开展。利用多媒体大屏幕演示，可以保证每位同学都能观看到实验的操作过程，并且更加直观易懂。同时，随机抽取一名同学协助教师进行实验演示，在一定程度上可督促学生进行实验预习。这种师生互动、生生互动的形式极大地活跃了课堂气氛，营造了一个轻松有趣的学习环境，从而调动学生的学习兴趣。通过小组合作形成了组内合作，组间竞争的学习氛围，既可以提高学生实验的积极性，又可以锻炼与人合作交流的能力。在组长的选择上需要重视其组织领导能力和实验操作能力，因为组长承担着实验安排和组织工作，对整个实验的过程和结果起着举足轻重的作用。组长在实验前参与了实验的准备工作，对实验流程和操作内容有所了解，在课上可指导成员进行实验，不仅减轻了实验老师在实验准备和实验指导方面的负担，也充分发挥了学生的主导作用[8]。

3 果冻制备实验教学设计

在果胶提取的基础之上，进行果冻制备，学生可以将原理与实践相结合，形成完整的知识体系。本环节进行两组平行实验，一组按照实验步骤进行，作为对照实验；一组根据个人喜好制作不同口味、形状、颜色的果冻，作为创新性实验。

(1)将果胶0.2 g浸泡于20 mL水中，软化后在搅拌下慢慢加热至果胶全部溶解。

提问引导：除果胶外还有哪些原料可以用于果冻的制作？答：卡拉胶、明胶、琼脂等[9]。

(2)加入柠檬酸0.1 g、柠檬酸钠0.1 g和20 g蔗糖，在搅拌下加热至沸腾，继续熬煮5 min，冷却后即成果冻。

对照实验按照以上步骤进行。创新型实验在第二步操作前根据实验室提供的材料(如：香蕉汁、苹果汁、西瓜汁等)，按照个人口味选择原料进行混合调配，之后进行第二步操作，熬煮5 min后倒入不同模具中进行装杯，冷却后即可得到不同口味、形状和颜色的果冻。

提问引导：实验中加入柠檬酸和柠檬酸钠的作用是什么？答：因为高甲基果胶需要在pH 2.8～3.5的环境中形成。所以加入柠檬酸和柠檬酸钠可起到调节pH的作用。同时，还可以降低果胶负电荷，从而使果胶分子间氢键结合而凝胶。

(3)观察果胶形成凝胶态的速度并记录果冻的强度、透明度、颜色和弹性的相对大小。

设计意图：果冻制备实验为学生提供了创新空间，在果冻的口味、形状和颜色上学生可以自由发挥，不仅培养了创新精神和探究意识，同时形成的组内竞争可以激励学生积极创作。果冻制备实验的成果可以直接食用，方法也可用于实际生活中，学生可从中获得成就感与自信心。

4 结果与讨论

4.1 实验结果与讨论

本次实验难度并不大，只要严格按照教师指导，遵循实验规则就能得到较好的成品。实验共分为8个小组，其中6个小组的果胶提取率约为3%(表1)，满足要求，另外2个小组的果胶提取率偏低，小组讨论分析原因有两点，一是在调pH过程中氨水含量加入过多，又反调pH，导致烧杯中整体溶液较多，在煮沸过程中有液体溢出，故可能导致果胶含量下降；二是实验所采用的柑桔皮部位不同，熟度不同，其所含有的果胶含量也会有所差异。在果冻制备部分，各组果冻成品均能成型，创新型实验部分各组产品不一，有香蕉果冻、牛奶果冻和苹果果冻等(表2)。

表1 果胶提取率

表2 果冻的感官描述

4.2 实验结果评价与讨论

实验结束后，对果胶提取实验的结果进行分析，小组的果胶提取率约为3%，在此基础上引导学生思考两个问题。(1)如何提高果胶提取率和质量。(2)果冻制作实验中，要想制作出不同口味的果冻，应该如何控制各原料含量的加入，选择一款你心仪口味的果冻，通过查阅文献找出它的最佳配料比。两道题作为课后思考题，回答在实验报告上。

4.3 实验注意事项分析

如果可溶性色素和不良风味在第一步清洗时能被除去，则可省去第三步脱色和去除异味。因为经过第二步后，果胶溶液的粘度增大，活性炭的脱色和脱臭并不能起到很好的效果，并且使过滤困难。

果冻从制作后的冷却开始到完全形成稳定的胶冻需要较长时间，通常可在两小时内观察到凝胶态基本形成，但若比较果冻的弹性和强度，通常可在制作的第二天来进行。

5 学生收获

(1)知识与技能。收获了果胶提取和果冻制备相关方面的知识，学会了使用天平、烘箱、抽滤机、电炉等实验设备及溶液的制备。

(2)科学思维和科学探究。在实验过程中让学生了解实验每一步所蕴含的实验原理，促进学生对实验的深入学习，在此基础上，对各类实验能进行融汇贯通地学习，并能将原理与生活实际相联系，进而培养学生的科学思维。末尾让学生制作自己喜爱口味的果冻，培养了学生的创新精神和探究意识。

(3)社会责任。中国是柑橘产量大国，目前柑橘果肉广泛用于食品加工，但果皮大部分被废弃，造成了资源的浪费和环境的污染[10]，通过该实验促进学生思考如何提高果胶的提取率，减少资源浪费，满足我国对果胶的需求量问题，唤起学生的社会责任感。

6 考核方式

改变以实验报告书写和出勤率来评定学生成绩的方式，每次实验的成绩分数主要有以下几部分构成：实验报告完成情况20%、实验数据结果20%、课上表现情况10%、实验操作规范性(包括实验步骤操作、仪器使用规范等)40%和学生出勤情况10%。其中实验操作规范成绩，由教师评定组长，组长评定组员，以此起到组内监督作用，并督促组长与组员提前预习实验原理和步骤，课上认真实验[11]。